(Đồ án hcmute) điều khiển và giám sát nhiệt độ mô hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ
MƠ HÌNH THÁP SẤY PHUN TRONG NHÀ MÁY
GẠCH MEN

GVHD: TS. NGÔ VĂN THUYÊN
SVTH: NGUYỄN PHI LONG
MSSV: 11151201
SVTH: LA THANH DANH
MSSV: 11151110

SKL 0 0 3 7 9 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2015

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ MƠ
HÌNH THÁP SẤY PHUN TRONG NHÀ MÁY

GẠCH MEN
SVTH : NGUYỄN PHI LONG – 11151201
LA THANH DANH – 11151110
GVHD: TS. NGƠ VĂN THUN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2015

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******
Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2015

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Phi Long
MSSV: 11151201
La Thanh Danh
MSSV: 11151110
Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Ts. Ngô Văn Thuyên.
ĐT: 0935 342 223
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.
Lớp: 11151CL1
Ngày nhận đề tài: 15/02/2015
Ngày nộp đề tài: 25/07/2015
1. Tên đề tài: Điều khiển và giám sát nhiệt độ mơ hình tháp sấy phun trong nhà máy
gạch men.
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
3. Nội dung thực hiện đề tài:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
4. Sản phẩm:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Phi Long
MSSV: 11151201

La Thanh Danh
MSSV: 11151110
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.
Tên đề tài: Điều khiển và giám sát nhiệt độ mơ hình tháp sấy phun trong nhà máy
gạch men.
Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Ts. Ngô Văn Thuyên.
NHẬN XÉT
5. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
6. Ưu điểm:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
7. Khuyết điểm:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
8. Đánh giá loại:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
9. Điểm:
........................(Bằng chữ:…………………………………………….....................)
………………………………………………………………………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

ii

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Phi Long
MSSV: 11151201
La Thanh Danh
MSSV: 11151110
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.
Tên đề tài: Điều khiển và giám sát nhiệt độ mơ hình tháp sấy phun trong nhà mày
gạch men.
Họ và tên giáo viên phản biện: Ts. Nguyễn Minh Tâm
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2. Ưu điểm:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
3. Khuyết điểm:
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
4. Đánh giá loại:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
5. Điểm:
........................(Bằng chữ:…………………………………………….....................)
………………………………………………………………………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014
Giáo viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
iii

do an


Lời Cảm Ơn
Trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại khoa Đào tạo chất lượng cao,
Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm đã nhận được sự
dìu dắt và dạy dỗ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa và nhà trường. Nhóm xin
chân thành cảm ơn q thầy cơ.
Đồ án tốt nghiệp là cơ hội tốt để nhóm có thể áp dụng, tổng kết những kiến
thức mà mình đã được học, đồng thời rút ra được những kinh nghiệm thực tế quý
giá trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Sau một học kì tập trung thực hiện đề tài,
đặc biệt nhờ sự chỉ dạy, hướng dẫn tận tình và cung cấp tài liệu của thầy Ngơ Văn
Thun đã giúp nhóm hoàn thành đề tài một cách thuận lợi. Bên cạnh những kết
quả khiêm tốn mà nhóm đạt được, chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót khi
thực hiện đồ án do hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, nhóm kính mong thầy chỉ
bảo và góp ý. Sự phê bình và góp ý của thầy sẽ là những bài học kinh nghiệm q

báu cho cơng việc thực tế của nhóm sau này.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Ngơ Văn
Thun. Nhóm cũng xin gởi lời cảm ơn đến bạn bè và gia đình đã động viên và ủng
hộ nhóm hồn thành đồ án này.
Kính chúc thầy Ngơ Văn Thun cũng như q thầy cơ trong khoa Đào tạo
chất lượng cao và tồn thể quý thầy cô trong nhà trường mạnh khỏe, hạnh phúc, tiếp
tục đạt nhiều thắng lợi trong nghiên cứu khoa học và sự nghiệp trồng người.
Tp, Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015
Sinh viên: Nguyễn Phi Long
La Thanh Danh

iv

do an


Tóm Tắt Đồ Án Tốt Nghiệp
Hiện nay, với việc các hệ thống tự động đang ngày càng trở nên phổ biến
trong các nhà máy. Chúng được ứng dụng trong hầu hết các quy trình sản xuất như
đo đạc, điều khiển, vận chuyển…
Được sự đồng ý cũng như hướng dẫn của thầy Ngơ Văn Thun nhóm đã
quyết định tìm hiểu và thực hiện đề tài “Điều khiển và giám sát nhiệt độ mơ hình
tháp sấy phun trong nhà máy gạch men” thơng qua việc tham khảo và bám sát với
mơ hình lò sấy trong nhà máy gạch men Nhà Ý. Với đề tài này nhóm tập trung vào
việc tìm cách điều khiển ổn định nhiệt độ trong lò sấy 1 cách tối ưu nhất thông qua
giải thuật PID, và thiết kế hệ thống giám sát SCADA.
Những đúc kết rút ra được sau khi hồn thành đề tài này sẽ giúp ích cho nhóm
rất nhiều trong việc tiếp xúc với các hệ thống tự động trong nhà máy sau này một
cách tốt hơn.
Tuy nhiên, do hạn chế vè mặt thời gian, việc thực hiện đề tài khơng tránh khỏi

những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý cũng như chỉ bảo thêm của tồn thể
q thầy cơ cũng như các bạn sinh viên để nhóm có thể hồn thiện mình hơn.
Xin chân thành cảm ơn q thầy cơ và tồn thể mọi người.
Tp, Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015
Sinh viên: Nguyễn Phi Long
La Thanh Danh

v

do an


Mục Lục
Trang bìa phụ

TRANG

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp…………………………………………………………..i
Trang phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn……………………………………..ii
Trang phiếu nhận xét của giáo viên phản biện……………………………………..iii
Lời cảm ơn………………………………………………………………………….iv
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp…………………………………………………….………v
Mục lục……………………………………………………………………………..vi
Danh mục các từ viết tắt…………………………………………………………....xi
Danh mục các bảng biểu…………………………………………………………...xii
Danh mục các hình ảnh, biểu đồ……………………………………………….….xiii
Chƣơng 1

Tổng Quan
1.1. Đặt vấn đề…………………………………………………………………….…1

1.2. Mục tiêu đề tài……………………………………………………………….….3
1.3. Giới hạn đề tài……………………………………………………………….….3
1.4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………..4
1.5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài……………………………….….4
1.6. Nội dung đề tài……………………………………………………………….…4

vi

do an


Chƣơng 2

Cơ Sở Lý Thuyết
2.1. Tổng quan về quy trình sản xuất gạch men………………………………….…6
2.2. Tổng quan về quy trình sản xuất gạch men tại công ty TNHH Nhà Ý…….…...7
2.2.1. Nguyên liệu…………………………………………………………….….7
2.2.2. Máy nghiền bi và công đoạn nghiền…………………………………….....7
2.2.3. Bể chứa và ủ hồ…………………………………………………………....8
2.2.4. Khử từ………………………………………………………………….…..9
2.2.5. Công đoạn sấy phun…………………………………………….………...10
2.2.6. Cyclon ủ bột………………………………………………….………..….12
2.2.7. Máy ép tạo hình……………………………………………….………….13
2.2.8. Lị sấy…………………………………………………………………......13
2.2.9. Cơng đoạn tráng men………………………………………..……………14
2.2.10. In lụa……………………………………………….……………………16
2.2.11. Lị nung……………………………………………………………….…17
2.2.12. Phân loại và đóng gói sản phẩm………………………………………...18
2.3. Cơng đoạn sấy phun trong quy trình sản xuất gạch men……………………..18
2.3.1. Khái quát chung……………………………………………………….….18

2.3.2. Sơ đồ thiết bị…………………………………………………….………..18
2.3.3. Nguyên lý hoạt động…………………………………….………………..19

vii

do an


2.3.4. Mô tả thiết bị……………………………………………………….……..20
2.3.5. Các loại thiết bị sử dụng trong quá trình sấy phun……………………….22
2.4. Cơ sở lý thuyết về mơ hình tháp sấy…………………………………….…….23
2.4.1. Thiết bị gia nhiệt………………………………………………………….23
2.4.2. Thiết bị hồi tiếp nhiệt độ………………………………………………….24
2.4.3. Thiết bị điều khiển………………………………………………………..24
2.5.4. Thiết bị giám sát………………………………………………………….25
2.5. Thuật toán điều khiển PID…………………………………………………….25
2.5.1. Giới thiệu bộ điều khiển PID……………………………………………..25
2.5.2. Thiết kế bộ điều khiển PID……………………………………………….26
2.6. Lựa chọn mạng truyền thông………………………………………………….29
2.6.1. Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp……………………………...29
2.6.2. EtherNet/IP…………………………………………………………………..32
2.6.3. ControlNet…………………………………………………………………...34
2.6.3. DeviceNet……………………………………………………………………34
Chƣơng 3

Thiết Kế Phần Cứng
3.1. Yêu cầu thiết kế hệ thống……………………………………………………..37
3.2. Lựa chọn thiết bị………………………………………………………………37
3.2.1. Lựa chọn cảm biến nhiệt độ……………………………………………...37
viii

do an


3.2.2. Lựa chọn bộ chuyển đổi tín hiệu ………………………………………...38
3.2.3. Lưa chọn thiết bị gia nhiệt………………………………………………..39
3.2.4. Lựa chọn mạch công suất cho thiết bị gia nhiệt………………………….40
3.2.5. Lựa chọn động cơ bơm…………………………………….......................41
3.2.6. Lựa chọn bộ điều khiển…………………………………………………..42
3.2.7. Lựa chọn màn hình HMI…………………………………………………45
3.2.8. Một vài thiết bị khác……………………………………………………...46
3.2.9. Kết nối PLC và các thiết bị khác…………………………………………48
Chƣơng 4

Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát
4.1. Yêu cầu thiết kế………………………………………………………………..51
4.2. Sơ đồ trạng thái điều khiển hệ thống………………………………………….51
4.2.1. Sơ đồ trạng thái chương trình chính………………………………...……51
4.2.2. Sơ đồ trạng thái chương trình con Auto………………………………….52
4.2.3. Sơ đồ trạng thái chương trình con Manual……………………………….52
4.3. Lựa chọn và thiết kế giao diện giám sát……………………………………….55
4.3.1. Lựa chọn phần mềm thiết kế SCADA SCADA………………………….55
4.3.2. Lựa chọn phần mềm thiết kế HMI………………………………………..55
4.3.3. Thiết kế giao diện SCADA……………………………………………….56
4.3.4. Thiết kế HMI……………………………………………………………..59
ix

do an

Chƣơng 5

Kết Quả
5.1. Kết quả mơ hình tháp sấy phun………………………………...……………..64
5.2. Kết quả hiển thị trên SCADA…………………………………………………67
5.3. Kết quả hiển thị trên HMI…………………………………………………….70
Chƣơng 6

Kết Luận Và Hƣớng Phát Triển
6.1. Kết luận………………………………………………………………………..72
6.2. Hạn chế………………………………………………………………………..72
6.3. Hướng phát triển………………………………………………………………72
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………73

x

do an


Danh Mục Các Từ Viết Tắt
PLC:Programmable Logic Controller.
SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition.
HMI:Human Machine Interface.
PID: Proportional Integral Differentinal.

xi

do an

Danh Mục Các Bảng Biểu
Bản 2.1. Thông số kỹ thuật q trình sấy phun…………………………………….11
Bảng 2.2. Thơng số kỹ thuật của lị sấy………………………………………...….14
Bảng 2.3. Tác động của việc tăng một thơng số độc lập………………………...…28
Bảng 2.4. Phương pháp Ziegler – Nichols……………………………………..…..28
Bảng 2.5. Khoảng các tối đa giữa hai điểm ứng với loại cáp và tốc độ truyền…….36
Bảng 2.6. Tổng khoảng cách tối đa đến cáp chính…………………………………36
Bảng 3.1. Thơng số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ Pt100………………………...38
Bảng 3.2. Một vài thông số kỹ thuật bộ phát hai dây chuyên dùng cho Pt100……39
Bảng 3.3. Một vài thông số kỹ thuật của nhiệt điện trở……………………………39
Bảng 3.4. Một vài thông số kỹ thuật SPC1………………………………………...40
Bảng 3.5. Một vài thông số kỹ thuật của động cơ bơm……………………………42
Bảng 3.6. CPU PLC, các module và các thông số cơ bản…………………………43
Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật PannelView 600 TouchSCreen……………………...46
Bảng 3.8. Một vài thiết bị khác và thông số cơ bản………………………………..47

xii

do an


Danh Mục Các Biểu Đồ và Hình Ảnh
Hình 1.1. Một số mẫu gạch men hiện nay…………………………………………..1
Hình 2.1. Nguyên liệu……………………………………………………………….7
Hình 2.2. Cấu tạo cối nghiền bi……………………………………………………..9
Hình 2.3. Cấu tạo bể chứa vào ủ hồ…………………………………………………8
Hình 2.4. Máng khử từ……………………………………………………………..10
Hình 2.5. Cấu tạo tháp sấy phun…………………………………………………...12
Hình 2.6. Cơng đoạn tráng men……………………………………………………15
Hình 2.7. Sơ đồ thiết bị tháp sấy…………………………………………………...19

Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID……………………………………26
Hình 2.9. Truyền thơng…………………………………………………………….29
Hình 2.10. Ví dụ mơ hình mạng cơng nghiệp……………………………………...31
Hình 2.11. Mạng Ethernet dạng vòng……………………………………………...32
Hình 2.12. Mạng EtherNet dạng sao……………………………………………….33
Hình 2.13. Truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng EtherNet…………...33
Hình 2.14. Mạng ControlNet………………………………………………………34
Hình 2.15. Cấu trúc mạng DeviceNet……………………………………………...35
Hình 3.1. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ Pt 100…………………………………38
Hình 3.2. Ngỏ vào điều khiển 4 – 20mA…………………………………………..41
Hình 3.3. Sơ đồ kết nối bên ngồi của SPC1 – 35…………………………………41
Hình 3.4. PLC Rockwell 1769-L32E và các module mở rộng……………………42
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống……………………………………….48
Hình 3.6. Sơ đồ đi dây mạch điều khiển…………………………………………..49
xiii

do an


Hình 3.7. Sơ đồ đi dây mạch động lực……………………………………………..50
Hình 4.1. Sơ đồ giải thuật chương trình chính………………………………...…...52
Hình 4.2. Sơ đồ giải thuật chương trình con Auto……………………………...….53
Hình 4.3. Sơ đồ giải thuật chương trình con Manual………………………………54
Hình 4.4. Màn hình đăng nhập hệ thống SCADA……………………………...….56
Hình 4.5. Màn hình chính hệ thống……………………………………………......57
Hình 4.6 Màn hình cửa sổ chế độ Auto……………………………………...…….58
Hình 4.7 Màn hình cửa sổ chế độ Manual…………………………………………58
Hình 4.8 Cửa sổ Trend thể hiện biểu đồ nhiệt độ tháp sấy………………………...59
Hình 4.9 Màn hình đăng nhập HMI…………………………………………….….59
Hình 4.10 Màn hình chính của hệ thống…………………………………………...60

Hình 4.11 Màn hình cân trộn ở chế độ Auto……………………………………….61
Hình 4.12 Màn hình sấy phun ở chế độ Auto……………………………………...61
Hình 4.13 Màn hình cân trộn ở chế độ Manual…………………………..………..62
Hình 4.14 Màn hình khâu sấy phun ở chế độ Manual……………………………..62
Hình 4.15 Màn hình báo quá nhiệt động cơ………………………………………..63
Hình 5.1. Bên trong tủ điều khiển………………………………………………….64
Hình 5.2. Hình dáng bên ngồi mơ hình tháp sấy phun……………………………65
Hình 5.3. Thanh nhiệt điện trở……………………………………………………..66
Hình 5.4. Bên trong mơ hình tháp sấy……………………………………………..66
Hình 5.5. Màn hình đăng nhập của SCADA…………………………………….…67
Hình 5.6. Giao diện khi đăng nhập vào hệ thống…………………………….…….67
Hình 5.7. Giao diện màn hình chính……………………………………….………68
xiv

do an


Hình 5.8. Giao diện màn hình Auto khi chỉnh nhiệt độ……………………………68
Hình 5.9. Giao diện màn hình Auto sau khi nhiệt đã đạt giá trị đặt………..………69
Hình 5.10. Đồ thì nhiệt độ của tháp sấy……………………………………………69
Hình 5.11. Giao diện màn hình manual hoạt động………………………………...70
Hình 5.12. Màn hình đăng nhập HMI……………………………………………...70
Hình 5.13. Màn hình chọn chế độ trên HMI……………………………………….71
Hình 5.14. Màn hình hiển thị nhiệt độ tháp sấy so với nhiệt độ đặt……………….71

xv

do an

1. Tổng Quan

Chương 1
Tổng Quan
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, đất nước ta đang trong cơng cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hóa để
từng bước bắt kịp sự phát triển trong khu vực và trên thế giới về mọi mặt trong đời
sống kinh tế và xã hội. Công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trị quan trọng
trong việc phát triển kinh tế. Các hình thức sản xuất lạc hậu ngày đang dần mất đi
và thay thế vào đó là các hệ thống tự động hóa, đó là lựa chọn khơng tránh khỏi
trong mọi lĩnh vực sản xuất ngày nay. Việc tự động hóa làm giảm chi phí sản xuất,
nâng cao năng suất lao động và cho ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao hơn.
Cùng với việc phát triển kinh tế, nhu cầu về đời sống cũng như tính thẩm mỹ
của con người ngày càng nâng cao. Vì thế nhu cầu về gạch men để trang trí cho các
hộ gia đình là một phần thiết yếu và được ưa chuộng rất nhiều. Hình 1.1 thể hiện
một số mẫu gạch men được ưu chuộng hiện nay.

Hình 1.1. Một số mẫu gạch men hiện nay
Trước đây, việc sản xuất gạch men thường là dùng bằng thủ công, sử dụng lao
động chân tay cùng các thiết bị cơng nghiệp đa số cịn lạc hậu nên không đảm bảo
1

do an


1. Tổng Quan
chất lượng, số lượng cũng như tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức
lao động cũng như thời gian. Vì vậy ta cần có hệ thống sản xuất tự động để khắc
phục những điều trên. Một trong những phương án là đầu tư PLC vào các dây
chuyền sản xuất.

Sản xuất gạch là một dãy liên tiếp các quy trình, trong đó việc sấy khơ bột từ
bùn là một cơng đoạn cực kì quan trọng, có ảnh hưởng đến tồn bộ quy trình sản
xuất nên địi hỏi cần đầu tư một cách thích đáng.
Để tự động hóa hệ thống trên ta có thể dùng PLC (Programmable Logic
Controller). Là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật tốn điều khiển
số thơng qua một ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch tốn đó trên
mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ
gọn, dễ thay đổi thuật tốn và đặc biệt dễ trao đổi thơng tin với môi trường xung
quanh (với các PLC khác hay với máy tính). Ngày nay PLC đang được sử dụng rất
phổ biến mặt khác PLC có rất nhiều chức năng có thể đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ
thuật khác nhau và rất dễ thay đổi cơ cấu điều khiển nếu chúng ta muốn phát triển
nó theo một hướng khác, PLC đi kèm với các phần mềm có thể mơ phỏng trước đó
giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ cấu vận hành cũng như các kết nối từ đó có thể tìm
ra những thứ tốt hơn, ngắn gọn hơn cho hệ thống, dễ dàng sửa lỗi sai. Có thể nói
PLC giống như là một phịng thí nghiệm thu nhỏ để chúng ta biết được cơ cấu, vận
hành và quy tắc ra sao trước khi chúng ta đi vào quá trình thiết kế và tạo dựng hệ
thống tự động thực tế.
Đi kèm với điều khiển tự động hệ thống, việc giám sát, thu thập số liệu của hệ
thống này cũng đóng một vai trị quan trọng khơng kém. Việc giám sát, thu thập số
liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Đối với
hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mơ của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một
không gian rộng và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc
khác nhau. Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để
đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển. Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu
cầu những tính năng, chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và

2

do an

1. Tổng Quan
phân cấp cho các thiết bị khác nhau.Vì vậy nhu cầu cho một phần mềm giám sát
cho một hệ thống cơng nghiệp là cực kì cần thiết. Trong hệ thống bồn trộn này,
nhóm đã sử dụng phần mềm SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).
Đây là phần mềm giúp người kĩ sư vận hành có thể giám sát hệ thống từ xa (điều
khiển, theo dõi) mà không cần phải đi lại xem xét từng khâu một. Người kĩ sư vận
hành có thể theo dõi hệ thống này thơng qua một màn hình nhỏ gọn được kết nối
với PLC thơng qua PC. Người kĩ sư cũng có thể điều khiển hệ thống từ xa cũng như
quan sát được khi hệ thống có sự cố nhằm đưa ra biện pháp khắc phục kịp thời.
Xuất phát từ ý tưởng và tình hình thực tế trên, nhóm đã quyết định chọn đề tài
“Điều khiển và giám sát nhiệt độ mơ hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch
men”. Đề tài này là cơ hội cho chúng em học hỏi, tìm hiểu và nghiên cứu về một
phương pháp điều khiển mới, là cơ hội để nhóm nâng cao kiến thức và áp dụng
được vào thực tế.

1.2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu cụ thể của nhóm trong q trình thực hiện đề tài được đặt ra như sau:
 Thiết kế được mơ hình phần cứng của hệ thống tháp sấy phun trong nhà máy
gạch men.
 Thiết kế được giải thuật PID để điều khiển nhiệt độ trong tháp ổn địnhtại
210oC để có thể sấy khơ bùn.
 Có hai chế độ hoạt động là bằng tay (Manual) và tự động (Auto). Hệ thống
có thể cho người vận hành điều khiển từ màn hình HMI tại tháp sấy hoặc từ máy
tính thơng qua hệ thống SCADA.

1.3. Giới hạn đề tài
Trong quá trình thực hiện đề tài, để dễ dàng thực hiện và thi cơng nhóm đã
đơn giản hóa đề tài như sau: Mơ hình tháp chỉ cịn cao 1m và đường kính là 40cm,
dùng thanh nhiệt điện trở để cấp nhiệt cho tháp sấy thay cho buồng đốt, bơm được

dùng để bơm bùn có cơng suất nhỏ hơn so với thực tế.

3

do an


1. Tổng Quan

1.4. Phương pháo nghiên cứu
Trong suốt thời gian làm đề tài, nhóm đã trải qua các giai đoạn đi từ đơn giản
đến phức tạp. Phương pháp nghiên cứu của nhóm bao gồm:
 Tìm hiểu chung về đề tài sẽ nghiên cứu.
 Tra tài liệu, dịch thuật tài liệu để hiểu.
 Khảo sát phần cứng của hệ thống ngoài thực tế từ đó đi tới phân tích, tổng
hợp các vấn đề của hệ thống so với yêu cầu đặt ra.
 Mơ phỏng trên máy tính và thử nghiệm hoạt động của hệ thống nhiều lần.
 Đánh giá kết quá đạt được dựa trên kiểm nghiệm kết quả thực tế.

1.5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu thành công đề tài mang lại rất nhiều ý nghĩa khoa học và thực
tiễn:
 Xây dựng được giải thuật toán PID để ổn định nhiệt độ trong các hệ thống
sấy trong công nghiệp.
 Ứng dụng PLC vào điều khiển các hệ thống tự động trong công nghiệp với
độ chính xác và ổn định cao.
 Giao tiếp giữa bộ điều khiển và hệ thống giám sát SCADA trên máy tính
của như trên HMI.

1.6. Nội dung đề tài

Phần cịn lại của đề tài bao gồm các nội dung:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày lý thuyết tổng quan về quy trình sản xuất gạch men, giải thuật PID,
HMI, mạng công nghiệp…
Chương 3: Thiết kế phần cứng
Giới thiệu tổng thể về chức năng, cơng dụng của các thiết bị có trong hệ thống
cũng như sơ đồ kết nối của phần cứng hệ thống.
4

do an


1. Tổng Quan
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát
Xây dựng giải thuật PID, thuật toán cùng lưu đồ giải thuật cho PLC và hệ
thống giám sát cho hệ thống.
Chương 5: Kết quả
Trình bày kết quả, các thơng số đạt được trong q trình làm đề tài.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Tổng kết lại những kết quả đã đạt được cũng như những hạn chế cịn tồn tại từ
đó đề suất hướng phát triển cho đề tài.

5

do an


2. Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2

Cơ Sở Lý Thuyết
2.1. Tổng quan về quy trình sản xuất gạch men
Nguyên liê ̣u sau kiể m tra s ẽ đươ ̣c na ̣p vào bàn cân với khố i lươ ̣ng và thành
phầ n theo đơn phố i, sau đó nguyên liê ̣u đươ ̣c trô ̣n rồ i rồ i đưa vào máy nghiề n bi qua
băng tải. Ở máy đã chứa sẳn một lượng bi nhất định thường là 50-55%, nguyên liê ̣u
đươ ̣c nghiề n với mô ̣t số phu ̣ gia và với lươ ̣ng nước đươ ̣c bổ sung theo đô ̣ ẩ m của
nguyên liê ̣u. Sau khi nghiề n đươ ̣c mô ̣t thời gian đinh
̣ trước theo thông số kỹ thuật,
nguyên liệu được tiế n hành kiể m tra các thông số đô ̣ nhớt , tỉ trọng, nế u thấ y đa ̣t yêu
cầ u thì tiế n hành xả hầ m . Hồ sau khi nghiề n sẽ đươ ̣c xả xuố ng các bể chứa có cánh
khuấ y nhằ m chố ng sự sa lắ ng . Khi hồ ổ n đinh
̣ s ẽ đươ ̣c bơm màng đưa lên sàng
rung, khử từ để loa ̣i bỏ các ta ̣p chấ t sắ t và các tạp chất có kích thước lớn rồi được xả
xuố ng bể sấ y phun để ổ n đinh
̣ thành phầ n

. Tiế p đó , hồ dươ ̣c bơm piston đưa lên

tháp sấy với lưu lượng thích hợp , hờ đươ ̣c sấ y ở nhiê ̣t đô ̣ 450-6000C với tác nhân
sấ y là khí nóng từ lò đố t cung cấ p . Bô ̣t sau sấ y có kích thước thích hơ ̣p sẻ đươ ̣c
băng tải đưa qua các cyclo n chứa để ổn định độ ẩm. Sau khi ổ n đinh
̣ đô ̣ ẩ m , bô ̣t sẽ
đươ ̣c đưa qua máy ép ta ̣o hình để tạo hình viên gạch, tiế p đó g ạch sẽ đươ ̣c đưa qua
máy sấy , gạch sấ y với nhiê ̣t đô ̣ khoả ng 100 - 2000C đẻ làm thoát hơi nước cịn sót
lại và làm cứng phơi . Gạch sau sấy s ẽ đươ ̣c phun nước để làm diụ bề mă ̣t trước khi
qua công đoa ̣n tráng engobe , tráng men và in hoa văn để không bi ̣lở chân kim sau
q trình nung. Sau khi tráng men và in hoa văn , gạch được chuyển đến lò nung để
làm cứng sản phẩm. Công đoa ̣n này đươ ̣c tiế n hành ở nhiê ̣t đô ̣ 1110 – 12000C. Cuố i
cùng gạch thành phẩm được đưa qua khâu phân loại theo chất lượng rồi chuyển qua
khâu đóng gói để hồn tất quy trình chuẩn bị nhâ ̣p kho chờ xuất xưởng.

6

do an


2. Cơ Sở Lý Thuyết

2.2. Tổng quan quy trình sản xuất gạch men ở Công ty TNHH Nhà Ý
2.2.1. Nguyên liệu
Hiê ̣n nay công ty sử du ̣ng chủ yế u là nguyên liê ̣u trong nước, nguyên liê ̣u nhâ ̣p
về đề u đươ ̣c kiể m tra (đô ̣ ẩ m , thành phần hóa học… ) trước khi nhâ ̣p kho . Có đặc
tính gồm đất sét và cao lanh là thành phần chính của xương nó cung cấp đồng thời
nhiều oxit: Al2O3, CaO, MgO, SiO2, K2O, NaO… Nhờ nó có tính dẻo và độ phân
tán cao. Đất sét có vai trị cực kì quan trọng trong quá trình tạo hình, liên kết với các
vật liệu khác tránh được các khuyết tật xảy ra khi nung.

Hình 2.1. Nguyên liệu

2.2.2. Máy nghiên bi và công đoạn nghiền
Sau khi cân theo đơn phố i nguyên liê ̣u sẽ theo băng tải vào máy nghiề n

.

Nguyên liê ̣u sẽ đươ ̣c trô ̣n thêm nước và phu ̣ gia theo đơn phố i . Số vòng quay phải
từ 10 đến 13 ngàn vịng . Khi đơ ̣ng cơ quay , thông qua hê ̣ thố ng truyề n đô ̣ng làm
bằng dây đai quay tròn , ma sát giữa dây đai và thân cố i làm cố i quay tròn . Khi cố i
quay, dưới tác du ̣ng của lực quay nguyên liê ̣u và bi sẽ chuyể n đô ̣ng lên đô ̣ cao nhấ t

7

do an


2. Cơ Sở Lý Thuyết
đinh
̣ do có tro ̣ng lực nên khi rơi xuố ng bi gây ra tác đô ̣ng chà

xát, nén ép, va đâ ̣p,

mài mòn lên ng uyên liê ̣u làm nguyên liê ̣u v ỡ nát. Sau mô ̣t thời gian nguyên liê ̣u
đươ ̣c nghiề n nhỏ đế n kích thước yêu cầ u . Sau đó x ả xuống bể qua đường ống . Cấu
tạo cối nghiền bi được thể hiện như Hình 2.2.

2.2.3. Bể chứa và ủ hồ
Bể có lắ p hê ̣ thố ng khuấ y trô ̣n liên tu ̣c . Các cánh khuấy có tác dụng chủ yếu là
chớ ng lắ ng, tạo độ đồng đều trong hồ , giảm bớt nhiệt trước khi đi sấy . Hồ đươ ̣c ủ
trong mô ̣t thời gian để đa ̣t đô ̣ đồ ng nhấ t . Sau khi đa ̣t yêu cầ u bùn đươ ̣c bơm lên hê ̣
thố ng khử từ bằ ng bơm piston.
Cấu tạo của bế chứa và ủ hồ được thiết kế như Hình 2.3. Bao gồm 5 thành
phần chính: Động cơ, hộp số, bể chứa hồ, cánh khuấy và hồ.

Hình 2.3. Cấu tạo bể chứa vào ủ hồ

8

do an